须鲸，包括今天的蓝鲸、座头鲸和长须鲸，都依赖声音来在水生世界中生存。它们的歌声必须能够传播到浑浊、黑暗的海洋深处，以便它们能够找到同类并迁徙数十万英里。在科学家们研究鲸鱼歌声的50多年里，须鲸到底用什么物理结构来发声一直是个谜，直到现在。一项于2月21日发表在《自然》杂志上的研究发现，须鲸在其喉部进化出了独特的结构，从而产生了它们复杂的发声。
[相关：地球上最早的滤食性动物可能是这种已灭绝的海洋爬行动物。]
“鲸鱼是绝对令人惊叹的生物，它们是有史以来最大的动物。它们比最大的恐龙要大得多，能深潜，而且非常善于交际，”该研究的合著者、丹麦南丹麦大学的声音科学家Coen Elemans告诉《PopSci》。“由于在大海里找到另一只动物非常困难，许多这些行为都依赖声音。因此，理解它们是如何发声对于理解鲸鱼的整体生物学至关重要。”
齿鲸与须鲸
鲸鱼分为两大类——齿鲸（Odontocetes）和须鲸（Mysticetes）。齿鲸包括虎鲸、抹香鲸、海豚和鼠海豚。其中许多物种有可见的牙齿，用于碾碎猎物。
鲸须，或称鲸骨，是一种由角蛋白组成的硬质物质。它从鲸鱼的上颌生长出来，形成带状的、有刷毛状边缘的板状结构。它像筛子一样过滤掉它所吃的鱼或浮游动物。
“须鲸用喉部发声，而齿鲸用鼻子发声，”Elemans解释道。“两者都使用与人类声带相似的振动组织机制，但具有全新的结构。”
进化出新的发声结构
在这项研究中，研究小组检查了三只搁浅的鲸鱼。每只标本都属于不同的须鲸物种——赛鲸、小须鲸和座头鲸。将自己搁浅在海滩上的鲸鱼可以为研究人员提供近距离研究其解剖结构的机会。在提取了每个鲸鱼物种的喉部后，研究小组在实验室里建立了一个整个鲸鱼喉部的计算模型。该模型包括喉部周围肌肉的精确三维形状，从而可以模拟声音频率如何通过肌肉运动来控制。
他们发现，须鲸进化出了通过喉部特定内部结构的振动来产生声音的能力，而这是齿鲸所不具备的。须鲸这些特殊的结构使得它们在防止吸入水的同时，能够产生声音并循环空气。
虽然这两类鲸鱼仍然可以通过喉部发声，但须鲸拥有产生声音的新颖结构。它们使用一种称为杓状软骨的软骨，这种软骨也存在于人类喉部。杓状软骨改变人类声带的位置。在须鲸中，它们表现为巨大的、长圆柱体，位于一个U形刚性结构的底部，该结构覆盖了喉部的整个长度，而不是小软骨。这有助于它们在通过庞大的身体移动大量空气时保持气道畅通，而不会窒息。
“齿鲸和须鲸都是从陆地哺乳动物进化而来的，它们的喉部有两个功能：保护气道和发声，”该研究的合著者、奥地利维也纳大学生物学家Tecumseh Fitch在声明中表示。“然而，它们向水生生活的过渡对喉部提出了新的、严格的要求，以防止在水下窒息。”
关小音量
虽然这项研究首次揭示了须鲸如何产生低频发声，但它们经过数百万年进化磨练出的发声能力，正在日益嘈杂的海洋中受到威胁。一个日益嘈杂的海洋。
“它们无法发出非常低沉的声音，而且大多数物种无法发出高频率的声音，”Elemans说。“这限制了它们的通讯范围。此外，这些深度和频率与人类在海洋中制造的噪音（如船只交通）重叠，因此鲸鱼无法通过唱得更高来逃避这种噪音。”
[相关：海洋里声音很大吗？]
作者们引用了1970年首次录制座头鲸歌声后 flurry 的保护和政治活动。 Roger 和 Katy Payne 的专辑《Songs of the Humpback Whale》被认为非常重要，以至于其中的选段被收录在旅行者1号探测器的唱片中，以便让任何可能找到探测器的外星生命了解地球上的生命是什么样的。自20世纪70年代以来，海洋变得越来越嘈杂，需要类似的保护措施来减少噪音。
“我们需要对这种噪音实行严格的监管，因为这些鲸鱼依赖声音进行交流，”Elemans在声明中说道。“现在我们表明，尽管它们拥有令人惊叹的生理机能，但它们实际上无法逃避人类在海洋中制造的噪音。”
